“以學為中心”改革操作系統(tǒng)教學范式的探索實踐

馬宏琳，閻 磊，于俊偉

（1.河南工業(yè)大學 信息科學與工程學院，河南 鄭州 450001；2.河南工業(yè)大學 標準化與質量檢測中心，河南 鄭州 450001）

0 引言

操作系統(tǒng)原理課程是計算機類專業(yè)最重要的專業(yè)基礎課、核心主干課之一，在計算機知識結構中有著非常重要的地位和作用[1]。該課程不僅對理論知識和實踐能力的要求都很高，而且也融合了計算機技術和互聯網技術，具有前沿性和時代性的特點。因此，該課程要摒棄傳統(tǒng)的單純性知識記憶理解的教學模式，要以提升課程的“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”（由教育部高教司司長吳巖提出）為方向，打造個性化學習課堂，著力培養(yǎng)學生創(chuàng)新性能力，探索實踐“以學為中心”的教學模式，才能更好地激發(fā)學生的學習興趣，體會學習樂趣，獲得學習的成就感和幸福感。

1 “以學為中心”的教學理念

德國哲學家雅斯貝爾斯曾說：“教育——滿足學生精神需求與靈魂升華。教育也是對人的靈魂的教育，而非理性知識的堆積。真正的教育是用一棵樹去搖動另一棵樹，用一朵云去推動另一朵云，用一個靈魂去喚醒另一個靈魂。”

“以學為中心”，首先體現了教育過程中，教師與學生的平等地位，教師真正成為學生的良師益友；其次，體現了以學習為中心的思想[2]，培養(yǎng)學生自主學習、主動學習、終身學習的能力；第三，體現了以學習效果為中心的思想。把學習效果作為判斷教學成效的依據，并建立有效的反饋和持續(xù)改進機制，不斷完善教學過程，形成螺旋式的上升發(fā)展趨勢；最后，體現了以學生發(fā)展為中心的思想。以促進學生全面發(fā)展為目標，深入挖掘學生自身的學習潛力和能力，增強學習的信心，形成對自身學習能力和認知能力的再認識，獲得學習成就感、幸福感。

“以學為中心”，強調了教學雙方地位均等的自由探索模式，不強調固定的教學形式。教師通過設計無止境的追問讓學生感到自己對真理的渴求，在教師的反問、啟發(fā)、引導下，喚起學生的自我意思，從而在自我頓悟中了解事物的本質，獲得真理。因此，在“以學為中心”的教育理念指導下，傳統(tǒng)的知識傳授型課堂教學已無法滿足要求，也對教師提出了更高的要求。要以全新的方式對學生進行科學知識的傳授、邏輯思維和創(chuàng)新性能力的培養(yǎng)，形成自我意識，敢于批判、發(fā)現、探索、創(chuàng)新，進一步培養(yǎng)學生終身學習的能力。教師是課堂教學的設計者、引領者、合作者、支持者、鼓勵者。要求教師必須有準備地與學生進行交流。那么在上課前的備課階段，教師需要花費更多的精力，精心設計每堂課的教學過程，啟發(fā)引領學生帶著一連串的問題，通過一定的策略，引導學生走入課堂的情景設計中。教師在與學生的交流過程中更重要的是不斷地去啟發(fā)、引領學生進行思考，以及創(chuàng)新性的學習。教學過程中，教師要尊重學生學習方式的多樣性，允許學生個性化安排學習內容、方式、節(jié)奏和過程等。

2 操作系統(tǒng)原理課程“以學為中心”的教學范式改革

針對操作系統(tǒng)原理課程的特點，對課堂教學的具體設計包括5 個方面——自主學習、研學討論、點撥總結、創(chuàng)新實踐、改進提高。通過5 部分的環(huán)環(huán)相扣，指導學生完成知識、能力和素質的有機融合與提高。

（1）自主學習環(huán)節(jié)。教師的任務，根據課堂的教學目標和主題，設計并布置自學任務，讓學生通過預習的方式完成，引導和培養(yǎng)學生建立自學學習習慣。在自學環(huán)節(jié)中，學生的任務是要學會知識的整體感知，會自主預習、自主學習，能夠創(chuàng)造性地提出問題，進一步完成整體性和前瞻性研究，掌握學習方法。知識預習是本環(huán)節(jié)必不可少的內容，布置的預習內容可以分為兩類。

第一類：認知型題目，重在關注學生對理論基礎的基本理解記憶。該類內容，在課堂教學的預習測試中，通過設定認知型題目，并借助“雨課堂”“課堂派”等工具檢測學生對基本理論、定義和原理的掌握情況和預習效果，獲取相關數據。

第二類：文獻研究型題目。該類型題目要結合實際應用領域的操作系統(tǒng)，重在培養(yǎng)學生對文獻檢索、總結歸納、論文撰寫、語言表達等的能力。通過以下類型的題目，如嵌入式Linux 操作系統(tǒng)發(fā)展綜述、人工智能領域中操作系統(tǒng)的發(fā)展、云計算中操作系統(tǒng)的應用、物聯網+時代的操作系統(tǒng)發(fā)展等，學生充分利用網絡資源和圖書館資源，自主學習，主動完成。在課堂教學的預習檢測中，通過讓學生提交自學報告、制作PPT課件并匯報展示等方式檢測此類題目的學習效果。該類題目同時也反映了一定的前沿性和時代性特點，通過互動的教學形式，展示學生探究性和個性化的學習成果。

（2）研學討論環(huán)節(jié)。在此環(huán)節(jié)中，采用問題驅動、合作學習、交流匯報的方式。在教師的引導和安排下，拋出問題，師生一起討論，最終學生給出解決方案和答案，評價研討結果，完成研討的目標。在具體的實施中，首先，教師要明確本次討論的主題，明確討論的目標；其次，教師要負責科學分組，組內成員要合理分工，并集體討論制定明確的操作和討論細則；第三，教師要把握好課堂進度和時間，引導學生通過不同形式分享研討成果，如演講、交流、分享經驗、答辯等形式，加強交流、對話和成果展示；最后，教師要鼓勵學生各抒己見，參與發(fā)言，通過學生間的相互點評，評價研討結果，對研討過程進行升華和總結。例如，在講授“進程的概念”時，可以組織學生分組討論，程序的順序執(zhí)行、并發(fā)執(zhí)行可能產生的不同結果是什么，以及為什么進程的無序并發(fā)會造成的程序執(zhí)行結果的不可再現？通過分組討論及總結，讓學生進一步加深了解進程并發(fā)的意義和實質。

（3）點撥總結環(huán)節(jié)。在此環(huán)節(jié)是以教師為主體的教學活動。教師根據研討情況和課堂主題，以教學目標的實現為導向，就各小組的研討結果做出評價、指點和補充，進行歸納總結，點撥提高。為各小組的研討活動畫龍點睛。

例如，在上面給出的“進程概念”的分組討論結束后，教師給出總結和點評，并且需要進一步引導學生思考，如何揚長避短，把進程的無序并發(fā)變成可控并發(fā)，達到執(zhí)行效率和執(zhí)行結果可再現的雙贏呢？以此，引入更深層次的應用領域——進程的控制實現，有效地完成課堂中對學生的引導和教學內容的銜接。

（4）創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)。創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)是“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”的體現，即教育部高教司司長吳巖提出的“金課”標準。需要學生將所學的基礎知識、實踐能力、人文素質有機融合，培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的綜合能力和高級思維，是對知識理解和記憶的升華，也是挑戰(zhàn)自我能力的契機。

操作系統(tǒng)原理課程追蹤溯源，是來自于實際應用領域的知識總結。因此，該課程本身就具有實踐性強的特點。在教學過程中要求學生靈活運用編程知識和技能、操作系統(tǒng)基本原理和理論知識，并結合實際應用開拓高級思維，培養(yǎng)解決復雜工程問題的能力。例如，在完成“文件管理”的理論教學后，要求學生在Windows 或者Linux系統(tǒng)下設計一個二級結構或者樹型結構的文件系統(tǒng)，實現以下功能：用戶登錄，列出文件目錄，文件的創(chuàng)建、刪除、打開、關閉操作，讀文件、寫文件，對子目錄的創(chuàng)建、刪除等操作。根據要求，學生在課堂時間完成各模塊規(guī)劃，課后自主完成程序的設計實現，以及設計報告的撰寫，最終完成驗收答辯工作。學生設計的文件系統(tǒng)目錄結構如圖1 所示。

（5）改進提高環(huán)節(jié)。利用現代化通信技術、計算機技術和移動智能終端設備，借助“雨課堂”等工具，通過隨堂測驗、問卷調查、課堂討論、線上習題、實驗自動評估、作業(yè)講評等方式，幫助學生鞏固提高，不斷改進學習效果，完善教學方式和內容；另外也充分利用多種教學資源，通過個性化學習資源推送系統(tǒng)，根據學生的興趣和水平推送適當的課件、慕課視頻、習題、實驗項目等學習資源。

圖1 學生自主設計的文件系統(tǒng)目錄結構

在操作系統(tǒng)原理的課程教學中，通過5 個環(huán)節(jié)的相互配合，在教師的引導、組織和啟發(fā)下，不斷助力學生學習的各個方面，貫徹“以學為中心”的教育理念，以“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”的“金課”為新目標。在教學過程中，不斷指導學生思考、創(chuàng)新，助力學生的學習。具體方式見表1。

表1 教師指導助力學生內容

3 操作系統(tǒng)原理課程以成果為導向的持續(xù)改進機制

（1）課程考核。課程考核方式是以成果為導向，持續(xù)改進機制的基礎。該課程考核改革[6]方針體現在著重對學生學習過程的考核、學習能力的考核、創(chuàng)新能力的考核以及解決復雜工程問題能力的考核。通過多維度考核機制，檢驗學生的學習效果，包括過程性考核、專題性考核以及總結性考核3 方面。過程性考核，包括對學習態(tài)度、作業(yè)、研討結果、課堂測驗等基礎性指標的考核；②專題性考核，包括對綜合設計實踐類課題、文獻研究型展示課題、前沿創(chuàng)新性課題等高等級指標的考核；③總結性考核——期末考試，考題設計針對課程的教學目標，重點考查學生的能力，弱化純理論知識的記憶，強化對知識的應用、分析與綜合能力的考查。

（2）根據考核結果，建立教學的評價和持續(xù)改進機制。①通過過程性考核結果評價學生的平時學習情況。在教學過程中，不斷改進教學設計，完善教學方法，探索適用于本次教學班級的教學組織體系。②通過專題性考核評價學生的綜合素質和能力。在教學過程中，不斷改進教學策略，引導學生由簡至難，不斷提升自己的能力，完成對自我的挑戰(zhàn)，讓學生能夠在知識綜合運用的過程中水平越來越高，能力越來越強。③通過總結性考核評價課程目標的達成情況。通過評價一學期的教學效果，總結經驗，以便在下一年度的教學中，持續(xù)改進教學措施，使教學效果達到螺旋式的上升。

我校計算機科學專業(yè)的操作系統(tǒng)原理課程一共有5 個課程目標。每學年的第2 個學期開課。在近年來的操作系統(tǒng)原理課程教學改革實踐中，2017—2018 學年第2 學期課程目標總體達成情況，如圖2 所示。2018—2019 學年第2 學期課程目標總體達成情況，如圖3 所示。

圖2 2017—2018 學年第2 學期課程目標達成情況

圖3 2018—2019 學年第2 學期課程目標達成情況

從圖2 可以看出，2017—2018 學年第2 學期教學效果的短板在于目標4 和目標5，說明在后續(xù)學年的教學過程中，需要著重加強針對這兩個課程目標的教學方法研究，不斷改進教學效果。

從圖3 可以看出，2018—2019 學年第2 學期教學效果要明顯優(yōu)于上一學年。從目標1 至目標5，教學效果均有提升，特別是目標5，從上一年度的約0.69 等級，明顯提高至了下一年度的0.80 等級。

（3）持續(xù)改進效果展示。近3 年來，操作系統(tǒng)原理課程的開課情況和課程組教師的學生評教平均得分情況，見表2。

表2 操作系統(tǒng)原理課程組教師的學生評教平均得分情況

通過表2 的學生評教數據可以看出，操作系統(tǒng)原理課程教學范式的不斷改革，是深受學生歡迎和喜愛的，對學生有很強的吸引力，效果良好。

4 結語

操作系統(tǒng)原理課程在近兩年的教學范式的改革中，堅持“以學為中心”的教育理念，以“提升課程的高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”為改革方向。不斷研究、創(chuàng)新、實踐教學新模式，采用多元化手段，打造個性化學習課堂，著力培養(yǎng)學生創(chuàng)新性能力，并實現“以目標達成評價”為基礎的持續(xù)改進。經過兩學期的教學實踐和檢驗，改革成效顯著，有效地激發(fā)了學生的學習積極性，增強了學生知識獲取的幸福感，促進了學生自主學習能力、研究能力、創(chuàng)新能力的新突破，教學效果顯著提高。